(纯计算)兰州大学/南洋理工大学Phys. Rev. Lett.: 通过PbTiO3中隐藏的极化-声学耦合实现应变梯度与90°畴壁的电学切换

背景：应变梯度在调控材料新兴功能方面潜力巨大，但其灵活的全局控制仍面临根本性挑战。铁电畴壁因相邻畴之间的弹性不均匀性而天然存在应变梯度，成为应变梯度工程的有前景平台。研究目的：本研究旨在揭示双轴拉伸应变下PbTiO3中应变梯度和90°铁电畴壁的自发出现机制，并探索其电学切换特性。结论：通过对称性分析和第一性原理计算，作者发现了传统基态中隐藏的极性-声学不稳定性，并证明调制的极性模式、具有调制应变的声学模式与均匀极性模式之间的三线性耦合，自发稳定了具有Pmc21对称性和本征应变梯度的低能a1/a2 90°畴结构。类似的极性-声学耦合也支配着c/a畴图案及其显著的压电增强效应。基于这些强晶格耦合，研究发展了一个统一框架来描述和电学切换空间变化的应变场和极化场。这项研究解决了PbTiO3应变相图中长期存在的跨尺度差异，揭示了用于巨压电性的新声子介导机制，并为应变梯度和畴壁的电控提供了原子层面的基础。